JP2011060441A - 回路遮断器 - Google Patents

Abstract

【課題】第２可動接触子を閉極位置に復帰させる接圧バネの付勢力を調整せずに、限流性能、遮断性能を高めることができる回路遮断器を提供する。
【解決手段】可動接触子用支軸３２を挟んで第２可動接触子２２の第２可動接点２２ａに対する反対側に設けた係合ピン３１と、ラッチ支軸３５を介して回動自在に軸支され、前記係合ピンに係合して前記第２可動接触子を開極方向に回動させる金属材料からなるラッチ２３と、第１可動接触子２１に過電流ｉが流れるときに電磁力が発生し、この電磁力を前記ラッチに作用することで前記第２可動接触子が所定の開極位置まで開極方向に回動するように前記ラッチを回動させる磁気ヨーク２５とを備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、配線用遮断器や漏電遮断器などの回路遮断器に関し、特に電磁反発力により第１可動接触子及び第２可動接触子が回動して接点間が開離する反発形の回路遮断器に関する。

反発形の回路遮断器として、２つの可動接点が同時に開離する２点切り回路遮断器がある（例えば、特許文献１）。
図６は、従来の２点切り回路遮断器を示すものである。
この２点切り回路遮断器は、絶縁物のケース２内に、第１可動接触子１、第２可動接触子５及び固定接触子９が配置されている。

第１可動接触子１は、一端に可動接点１ａが設けられ、他端がケース２に回動自在に配置されたホルダに支軸３を介して回動可能に支持され、トグルリンク機構、ラッチ、ラッチ受け等からなる開閉機構４により開閉駆動される。
第２可動接触子５は、一端に第１可動接触子１の可動接点１ａと接触する可動接点５ａが設けられ、中央部に接圧ピン６が固定され、他端が支軸７に回動可能に支持されている。また、第２可動接触子５には、接圧ピン６に接圧バネ８の一端が係合しており、接圧バネ８から受けるトルクにより閉極方向に回動させる（第１可動接触子１に向けて時計方向に回動させる）荷重が作用している。

固定接触子９は、一端に電源側端子９ａが形成され、他端側に支軸７を支持する保持部材１０が電気的に接続されており、ケース２にねじ等で固定されている。
固定接触子９、第２可動接触子５及び第１可動接触子１の通電経路に短絡電流などの大電流が流れると、第１可動接触子１及び第２可動接触子５に互いに逆方向の電磁反発力が発生し、第１可動接触子１は支軸３回りに時計方向に回動し、第２可動接触子５も、接圧バネ８から受けるトルクに抗して支軸７回りに反時計方向に回動してトリップ状態となり、可動接点１ａ，５ａ間にアークが生じる。

ところで、通電経路に短絡電流（過電流）が流れ、電磁反発力により所定の接点ギャップ長に可動接点１ａ，５ａが開離した際、一旦増加した短絡電流が減少すると、電磁反発力の減少により可動接点１ａ，５ａの間の接点ギャップ長が減少してアーク長が短縮され、アーク電圧が低下して限流性能が低下するおそれがある。また、短絡電流が流れた直後に、可動接点１ａ，５ａ間に規定値以上の接点ギャップ長が確保されないと通電経路の遮断が不能となるので、短絡電流が流れた直後には、十分な長さの接点ギャップ長が必要である。

そこで、図６の接触子構造は、第２可動接触子５に作用する接圧バネ８のトルクを変化させることで、電磁反発力が減少した際の可動接点１ａ，５ａ間の接点ギャップ長の減少を防いでいる。
すなわち、図７（ａ）に示すように、閉極状態の第２可動接触子５は接圧バネ８から受けるトルクＴ１を、Ｔ１＝Ｆ１×Ｌ１（Ｆ１は接圧バネ８のバネ力、Ｌ１は支軸７と接圧バネ８の作用位置までの長さ）とし、図７（ｂ）に示すように、開極方向に回動する第２可動接触子５は、接圧バネ８から受けるトルクＴ２が、Ｔ２＝Ｆ２×Ｌ２（Ｆ２は接圧バネ８のバネ力、Ｌ２は支軸７と接圧バネ８の作用位置までの長さ）とし、第２可動接触子５が閉極状態から開極方向に回動していくと、接圧バネ８から受けるトルクが減少するようにしている（Ｔ２＜Ｔ１）。これにより、第２可動接触子５が閉極位置から開極方向に回動していくと、第２可動接触子５を閉極方向に回動させる荷重を減少させ、第２可動接触子５が閉極方向に回動する速度（以下、復帰速度と称する）を遅くすることができ、可動接点１ａ，５ａ間の接点ギャップ長の減少を防止することができる。

しかし、図６の接触子構造は、第２可動接触子５が自力で閉極位置に復帰するように、所定値以上の付勢力を持った接圧バネ８を使用しなければならず、接圧バネ８のみを利用して第２可動接触子５の復帰速度を遅くする方法は限界がある。
一方、図８（ａ）に示すように、接圧バネ及びカムを使用して復帰速度を遅くするようにした可動接触子の構造も知られている。

この可動接触子１１は、一端に可動接点１１ａが設けられ、他端に接圧ピン１２が固定されているとともに、接圧ピン１２と可動接点１１ａの間において支軸１３に回動可能に支持されている。また、可動接触子１１の他端側に、支軸１４に回動可能にカム１５が支持されており、カム１５に設けた曲面形状のカム面１５ａの一部に接圧ピン１２が接触するように、接圧バネ１６がカム１５を押圧している。

そして、図８（ａ）に示すように、閉極状態ではカム面１５ａの第１位置１５ａ１に接圧ピン１２が接触し、可動接触子１１を閉極方向（時計方向）に回動させる力として、荷重Ｆ３がカム１５を介して接圧バネ１６から作用する。また、図８（ｂ）に示すように、電磁反発力により可動接触子１１が開極方向（反時計方向）に回動すると、接圧ピン１２はカム面１５ａ上を摺動して前記第１位置１５ａ１とは異なる第２位置１５ａ２に移動する。このとき、接圧ピン１２には前述した荷重Ｆ３と比較して作用方向が異なる荷重Ｆ４がカム１５を介して接圧バネ１６から作用し、この荷重Ｆ４の分力Ｆ４´が、可動接触子１１を閉極方向（時計方向）に回動させる力として作用する。

このように、図８（ａ）、（ｂ）の構造も、可動接触子１１が閉極位置から開極方向に回動していくと、カム１５から接圧ピン１２に作用する荷重Ｆ３，Ｆ４の方向が変化して可動接触子１１を閉極方向に回動させる力が減少していくので、可動接触子１１が閉極方向に回動する復帰速度を遅くすることができる。

特開平４−１９０５２１号公報

しかし、この構造も、カム１５を使用することで可動接触子１１を閉極方向に回動させる力が減少するものの、可動接触子１１が自力で閉極位置に復帰するように、所定値以上の付勢力を持った接圧バネ１６を使用しなければならず、可動接触子１１の復帰速度を遅くする方法だけでは、限流性能、遮断性能を高めるために限界がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、第２可動接触子を閉極位置に復帰させる接圧バネの付勢力を調整せずに、限流性能、遮断性能を高めることができる回路遮断器を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る回路遮断器は、先端に第１可動接点を設け、開閉機構により開閉駆動される第１可動接触子と、可動接触子用支軸を介して回動自在に軸支され、先端に設けた第２可動接点が前記第１可動接点との接触位置まで閉極方向に回動するように接圧バネにより付勢されている第２可動接触子と、を備え、過電流通電時に前記第１可動接触子と前記第２可動接触子の間に発生する電磁反発力によって、前記第２可動接触子が前記接圧バネの付勢力に抗して前記第１可動接触子から離間する開極方向に回動する回路遮断器において、前記可動接触子用支軸を挟んで前記第２可動接触子の前記第２可動接点に対する反対側に設けた係合ピンと、ラッチ支軸を介して回動自在に軸支され、前記係合ピンに係合して前記第２可動接触子を開極方向に回動させる金属材料からなるラッチと、前記第１可動接触子に電気的に接続している磁気ヨークと、を備え、当該磁気ヨークは、前記第１可動接触子に前記過電流が流れるときに電磁力を発生し、当該電磁力を前記ラッチに作用して前記第２可動接触子が所定の開極位置まで開極方向に回動するように前記ラッチを回動させる。

この発明によると、磁気ヨークは、第１可動接触子に過電流が流れるときに電磁力が発生し、当該電磁力をラッチに作用することで第２可動接触子が所定の開極位置まで開極方向に回動するようにラッチを回動させるので、過電流通電時に第１可動接点及び第２可動接点の間で発生する電磁反発力により開極方向に回動した第２可動接触子は、係合ピンに係合するラッチにより所定の位置で保持され、第１可動接点及び第２可動接点の間のアーク長は短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上が図られる。

また、本発明に係る回路遮断器は、前記所定の開極位置が、過電流通電時に前記第１可動接点及び前記第２可動接点の間の接点ギャップ長が通電経路を遮断可能とする長さとなるように、前記第２可動接触子を保持する位置である。
この発明によると、過電流通電時には、通電経路を遮断可能とする第１可動接点及び第２可動接点の間の接点ギャップ長が確保されるので、過電流通電時の遮断を確実に行なうことができる。

また、本発明に係る回路遮断器は、前記ラッチが、前記第１可動接触子に流れる前記過電流が減少して前記電磁力が弱まったときに、前記所定の開極位置に回動した前記第２可動接触子に対して前記係合ピンを介して閉極方向に回動させる方向に付勢力を付与するラッチバネを備えている。
この発明によると、第２可動接触子の閉極動作を早く行なうことが可能となる。

また、本発明に係る回路遮断器は、前記磁気ヨークが、前記ラッチと対向する位置に配置した吸着部を備えており、前記ラッチは、前記ラッチ支軸回りに回動して前記吸着部に当接する被吸着部を備えている。
この発明によると、磁気ヨークの吸着部に電磁力が作用すると、吸着部に対向して配置したラッチの被吸着部が吸着するので、簡単な構成で磁気ヨークに対するラッチの吸着動作を得ることができる。

本発明に係る回路遮断器によれば、磁気ヨークは、第１可動接触子に過電流が流れるときに電磁力が発生し、当該電磁力をラッチに作用することで第２可動接触子が所定の開極位置まで開極方向に回動するようにラッチを回動させるので、過電流通電時に第１可動接点及び第２可動接点の間で発生する電磁反発力により開極方向に回動した第２可動接触子は、係合ピンに係合するラッチにより所定の位置で保持され、第１可動接点及び第２可動接点の間のアーク長は短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上を図ることができる。

本発明に係る回路遮断器の閉極状態を示す図である。 図１のＡ−Ａ線矢視図である。 図１の回路遮断器の閉極状態の要部を示す図である。 本発明に係る回路遮断器のトリップ状態を示す図である。 図４のＢ−Ｂ線矢視図である。 従来の回路遮断器を示す図である。 従来の回路遮断器の可動接触子の構造を示す図である。 図７の従来の回路遮断器と異なる可動接触子の構造を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１から図５は本発明に係る１実施形態の回路遮断器を示す図である。
図１に示すように、ケース１７とカバー１８とからなる絶縁容器内に、他の内部空間１９との間に隔壁２０を形成することで消弧室２４が設けられており、この消弧室２４には、第１可動接触子２１、第２可動接触子２２、ラッチ２３及び磁気ヨーク２５の磁性体からなる吸着板２５ａが配置されている。

消弧室２４は、絶縁物の支持体２４ａと、この支持体２４ａに適宜の間隔で上下に積層支持された磁性体の複数枚のグリッド２４ｂとから構成されている。
第１可動接触子２１は、一端に可動接点２１ａが設けられ、他端側が支軸３０を介してケース１７或いは図示しないホルダに回動可能に支持された部材である。第１可動接触子２１の他端側には、隔壁２０を貫通した可撓性のリード線２６の一端が電気的に接続されており、このリード線２６の他端は、他の内部空間１９に配置した中継導体２７を介して負荷側端子２８に電気的に接続されている。この第１可動接触子２１は、図示しない開閉機構の操作によって開閉自在とされており、短絡電流などの大電流が流れて過電流引外し装置（不図示）が動作すると、開極方向（時計方向）に回動する。そして、中継導体２７には、隔壁２０に形成した連通穴２９を通過して他の内部空間１９及び消弧室２４に延在している磁気ヨーク２５が電気的に接続されている。

この磁気ヨーク２５は、図２に示すように、互いに平行に隔壁２０の連通穴２９を通過して他の内部空間１９及び消弧室２４に延在している磁性体からなる一対の平行板２５ｂ，２５ｃと、他の内部空間１９に位置する一対の平行板２５ｂ，２５ｃの端部を連結し、中継導体２７に電気的に接続している磁性体からなる接続板２５ｄと、消弧室２４に位置する一対の平行板２５ｂ，２５ｃの端部を連結している前述した磁性体からなる吸着板２５ａとからなる四角枠状の部材である。ここで、消弧室２４に位置している吸着板２５ａは、図１に示すように、下部から上部に向かうに従い他の内部空間１９側に傾きながら立ち上がって配置されている。

第２可動接触子２２は、一端に第１可動接触子２１の可動接点２１ａと接触する可動接点２２ａが設けられ、他端側にラッチ係合ピン３１が固定され、可動接点２２ａとラッチ係合ピン３１の間の部位が、ケース１７に固定された支軸３２に回動可能に支持されている。第２可動接触子２２には接圧バネ３３が係合しており、この接圧バネ３３の付勢力が、第２可動接触子２２を閉極方向（時計方向）に回動させる荷重として作用している。

ラッチ２３は、鉄などの金属材料で形成され、第２可動接触子２２の他端側近くに配置されている部材である。このラッチ２３は、ケース１７に固定され、磁気ヨーク２５の吸着板２５ａに対して平行に延在している支軸３５に回動自在に支持されており、支軸３５回りに時計方向に回動した際に、前記吸着板２５ａに当接する被吸着面２３ａが設けられている。また、ラッチ２３には復帰バネ３６が係合しており、この復帰バネ３６の付勢力が、ラッチ２３を反時計方向に回動させる荷重として作用する。

また、ラッチ２３は、第２可動接触子２２のラッチ係合ピン３１に係合するカム面３４が形成されており、このカム面３４は、図３に示すように、第２可動接触子２２が開極方向（反時計方向）に回動するトリップ状態の初期にラッチ係合ピン３１に係合する第１カム面３４ａと、トリップ状態の終期に係合する第２カム面３４ｂとを備えている。そして、ラッチ係合ピン３１に第１カム面３４ａが係合すると、第２可動接触子２２に対して閉極方向（時計方向）に回動させる荷重が作用し、ラッチ係合ピン３１に第２カム面３４ｂが係合すると、第２可動接触子２２の閉極方向（時計方向）の回動が規制されるようになっている。

上記構成の回路遮断器において、大電流（例えば短絡電流ｉ）が流れると、第１可動接触子２１が開極方向に回動する。また、第１可動接触子２１の可動接点２１ａ及び第２可動接触子２２の可動接点２２ａの間に互いに逆方向の電磁反発力が発生し、第２可動接触子２２は、接圧バネ３３の付勢力、ラッチ２３に係合した復帰バネ３６の付勢力に抗して支軸３２回りに開極方向に回動してトリップ状態となり、可動接点２１ａ，２２ａ間にアーク３７が発生する（図４参照）。

第２可動接触子２２が支軸３２回りに開極方向に回動していくトリップ状態の初期には、第２可動接触子２２の他端側に形成したラッチ係合ピン３１にラッチ２３の第１カム面３４ａが係合し、ラッチ２３が支軸３５回りに時計方向に回動していくことで、ラッチ２３の被吸着面２３ａが磁気ヨーク２５の吸着板２５ａに対面する。
ここで、第１可動接触子２１に短絡電流ｉが流れると、図５に示すように、その短絡電流ｉの電流経路に配置した（中継導体２７に接続されている）磁気ヨーク２５に磁界が集中し、その磁界方向に沿う磁束Φが、磁気ヨーク２５の四角枠状の磁路に沿って周回する。そして、図５に示すように、第２可動接触子２２のトリップ状態の終期には、前述した磁束Φの磁界分布が発生した磁気ヨーク２５の吸着板２５ａが、ラッチ２３を引き付ける電磁力Ｆｅを作用し、この電磁力Ｆｅを受けるラッチ２３は、復帰バネ３６の付勢力に抗して支軸３５回りに時計方向に回動していき、被吸着面２３ａが磁気ヨーク２５の吸着板２５ａに吸着されて当接する。

また、第２可動接触子２２のトリップ状態の終期には、図４に示すように、第２可動接触子２２のラッチ係合ピン３１にラッチ２３の第２カム面３４ｂが係合し、第２可動接触子２２に対して開極方向（反時計方向）に回動させる荷重が作用し続けるので、第２可動接触子２２は閉極方向（時計方向）への回動が阻止される。
このように、トリップ状態の終期における第２可動接触子２２は、図４に示すように、自身の可動接点２２ａと第１可動接触子２１の可動接点２１ａとの間の接点ギャップ長Ｇが確保されてトリップ状態が保持される。ここで、接点ギャップ長Ｇは、可動接点２１ａ，２２ａ間の通電経路の遮断が可能な長さである。

一方、第１可動接触子２１に流れる短絡電流ｉが減少していくと、磁気ヨーク２５の吸着板２５ａで発生する電磁力Ｆｅによるラッチ２３を引き付ける力が、復帰バネ３６の付勢力より減少していき、復帰バネ３６の付勢力によってラッチ２３が支軸３５回りに反時計方向に回動し、ラッチ２３の被吸着面２３ａが磁気ヨーク２５の吸着板２５ａから離れていく。そして、第１可動接触子２１及び第２可動接触子２２の間の電磁反発力が減少することで、接圧バネ３３の付勢力が第２可動接触子２２に対して閉極方向に回動させる荷重を作用し、復帰バネ３６がラッチ２３の第１カム面３４ａを介して第２可動接触子２２のラッチ係合ピン３１に閉極方向に回動させる荷重を作用するので、第２可動接触子２２は、支軸３２回りに閉極方向に回動して復帰動作を行なう。

本実施形態によると、図４に示したように、短絡電流ｉなどの大電流が流れ、第１可動接触子２１と第２可動接触子２２との間で発生する電磁反発力によって第２可動接触子２２が開極方向に回動すると、短絡電流ｉの電流経路に配置した磁気ヨーク２５に磁界が集中し、その磁界方向に沿う磁束Φの磁界分布が発生した磁気ヨーク２５の吸着板２５ａが電磁力Ｆｅによってラッチ２３の被吸着面２３ａを吸着し、第２可動接触子２２のトリップ状態を保持し続けるので、可動接点２１ａ，２２ａの間のアーク長が短縮せず、アーク電圧が低下しないので限流性能の向上を図ることができる。

また、第２可動接触子２２を閉極方向（時計方向）に回動させるバネ部材は、第２可動接触子２２に直接に付勢力を付与する接圧バネ３３及びラッチ係合ピン３１を介して第２可動接触子２２に間接的に付勢力を付与するラッチ２３の復帰バネ３６とで構成されているので、第２可動接触子２２の閉極動作を正常に行なうことができる。
また、第２可動接触子２２のトリップ状態が保持されているときには、可動接点２１ａ，２２ａの間の接点ギャップ長Ｇが、通電経路を遮断する長さとして確保されるので、短絡電流ｉなどの大電流が流れる際に、通電の遮断を確実に行なうことができる。

また、ラッチ２３のラッチ係合ピン３１に係合するカム面３４を、第２可動接触子２２が開極方向（反時計方向）に回動するトリップ状態の初期にラッチ係合ピン３１に係合する第１カム面３４ａと、トリップ状態の終期に係合する第２カム面３４ｂとし、ラッチ係合ピン３１に第１カム面３４ａが係合すると、第２可動接触子２２に対して閉極方向（時計方向）に回動させる荷重が作用し、ラッチ係合ピン３１に第２カム面３４ｂが係合すると、第２可動接触子２２に対して開極方向（反時計方向）に回動させる荷重が作用するようになっているので、第２可動接触子２２を回動させる動作及び保持する動作を簡単な構造で行なうことができる。

なお、本実施形態では、２点切り回路遮断器について説明したが、一端に可動接点を有する可動接触子と、一端に固定接点を有する固定接触子からなる一点切りの回路遮断器において、前記可動接触子の他端にラッチを設け、該ラッチと対向する位置に磁気ヨークを設けるようにしてもよい。

１７…ケース、１８…カバー、１９…他の内部空間、２０…隔壁、２１…第１可動接触子、２１ａ…可動接点（第１可動接点）、２２…第２可動接触子、２２ａ…可動接点（第２可動接点）、２３…ラッチ、２３ａ…被吸着面（被吸着部）、２４…消弧室、２４ａ…支持体、２４ｂ…グリッド、２５…磁気ヨーク、２５ａ…吸着板（吸着部）、２５ｂ，２５ｃ…平行板、２５ｄ…接続板、２６…リード線、２７…中継導体、２８…負荷側端子、２９…連通穴、３０…支軸、３１…ラッチ係合ピン（係合ピン）、３２…支軸（可動接触子用支軸）、３３…接圧バネ、３４…カム面、３４ａ…第１カム面、３４ｂ…第２カム面、３５…支軸（ラッチ支軸）、３６…復帰バネ（ラッチバネ）、３７…アーク、Ｆｅ…電磁力、Ｇ…接点ギャップ長、ｉ…短絡電流（過電流）、Φ…磁束

Claims (4)

1. 先端に第１可動接点を設け、開閉機構により開閉駆動される第１可動接触子と、可動接触子用支軸を介して回動自在に軸支され、先端に設けた第２可動接点が前記第１可動接点との接触位置まで閉極方向に回動するように接圧バネにより付勢されている第２可動接触子と、を備え、過電流通電時に前記第１可動接触子と前記第２可動接触子の間に発生する電磁反発力によって、前記第２可動接触子が前記接圧バネの付勢力に抗して前記第１可動接触子から離間する開極方向に回動する回路遮断器において、
   前記可動接触子用支軸を挟んで前記第２可動接触子の前記第２可動接点に対する反対側に設けた係合ピンと、
   ラッチ支軸を介して回動自在に軸支され、前記係合ピンに係合して前記第２可動接触子を開極方向に回動させる金属材料からなるラッチと、
   前記第１可動接触子に電気的に接続している磁気ヨークと、を備え、
   当該磁気ヨークは、前記第１可動接触子に前記過電流が流れるときに電磁力を発生し、当該電磁力を前記ラッチに作用して前記第２可動接触子が所定の開極位置まで開極方向に回動するように前記ラッチを回動させることを特徴とする回路遮断器。
2. 前記所定の開極位置は、過電流通電時に前記第１可動接点及び前記第２可動接点の間の接点ギャップ長が通電経路を遮断可能とする長さとなるように、前記第２可動接触子を保持する位置であることを特徴とする請求項１記載の回路遮断器。
3. 前記ラッチは、前記第１可動接触子に流れる前記過電流が減少して前記電磁力が弱まったときに、前記所定の開極位置に回動した前記第２可動接触子に対して前記係合ピンを介して閉極方向に回動させる方向に付勢力を付与するラッチバネを備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の回路遮断器。
4. 前記磁気ヨークは、前記ラッチと対向する位置に配置した吸着部を備えており、前記ラッチは、前記ラッチ支軸回りに回動して前記吸着部に当接する被吸着部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の回路遮断器。

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